Un experimento ha revelado finalmente cómo se siente al tocar un superfluido cuántico.
Los físicos sumergieron una sonda especial, del tamaño de un dedo, en un isótopo de helio enfriado a sólo una pizca por encima del cero absoluto, y registraron las propiedades físicas del mismo.
Es, dicen, la primera vez que tenemos una idea de cómo se sentiría el Universo cuántico. Y nadie tuvo que sufrir una congelación horrible o arruinar un experimento para descubrirlo de verdad.
“En términos prácticos, no sabemos la respuesta a la pregunta ‘¿cómo se siente tocar la física cuántica?'”, dice el físico Samuli Autti de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, quien dirigió la investigación.
“Estas condiciones experimentales son extremas y las técnicas complicadas, pero ahora puedo decirles cómo se sentiría si pudieran meter la mano en este sistema cuántico. Nadie ha podido responder a esta pregunta durante los 100 años de historia de la física cuántica. Ahora demostramos que, al menos en superfluido. 3Él, esta pregunta puede tener respuesta “.
Los superfluidos son un Estado de la materia que se comportan como un fluido con viscosidad o fricción nula. Hay dos isótopos de helio que pueden crear un superfluido. Cuando se enfría justo por encima del cero absoluto (-273,15 grados Celsius o -459,67 grados Fahrenheit), bosones del isótopo helio-4 se desaceleran lo suficiente como para superponerse en un grupo de átomos de alta densidad que se comportan como un superatomo.
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Helio-3 es un poco diferente. Sus núcleos son fermiones, una clase de partículas que giran de manera diferente a los bosones. Cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura, los fermiones se unen en lo que se llama pares de cobrecada uno formado por dos fermiones que juntos forman un compuesto bosón. Estos pares de Cooper se comportan exactamente como bosones y, por tanto, pueden formar un superfluido.
Autti y su equipo han estado experimentando con superfluido fermiónico de helio-3 durante algún tiempo y descubrieron que, aunque los pares de Cooper son bastante frágiles, los investigadores pueden introducir un cable en su interior sin romper los pares, o incluso interrumpiendo el flujo del superfluido. Entonces, el equipo decidió diseñar una sonda para estudiar las propiedades del fluido de cerca y personalmente.
Y bueno, es algo realmente extraño. La superficie del fluido parece formar una capa bidimensional independiente que transporta calor lejos de la varilla. La mayor parte del superfluido que hay debajo actúa casi como un vacío; Es completamente pasivo y no se siente como nada en absoluto, encontraron los investigadores.
La única parte del fluido que interactuó con la sonda fue esa capa superficial bidimensional. La masa sólo se vuelve accesible si se le imparte una gran explosión de energía. Las propiedades termomecánicas del superfluido están completamente definidas por esa capa bidimensional.
“Este líquido se sentiría bidimensional si pudieras meter el dedo en él. La mayor parte del superfluido se siente vacía, mientras que el calor fluye en un subsistema bidimensional a lo largo de los bordes de la masa; en otras palabras, a lo largo del dedo”. Autti dice.
“Esto también redefine nuestra comprensión de los superfluidos. [Helium-3]. Para el científico, esto puede ser incluso más influyente que la práctica de la física cuántica”.
Las implicaciones, dicen los investigadores, son profundas. El superfluido de helio-3 es el material más puro conocidoy como tal es de intenso interés científico para el estudio de estados de materia colectiva como los superfluidos. Comprender cómo se comporta su capa bidimensional podría arrojar luz sobre cuasipartícula comportamiento, defectos topológicos y estados de energía cuántica.
“Estas vías de investigación”, los investigadores escriben“tienen el potencial de transformar nuestra comprensión de este versátil sistema cuántico macroscópico”.
La investigación es debido a aparecer en Comunicaciones de la naturalezay es disponible en arXiv.